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第1节空间和时间【学习素养·明目标】物理观念：1.知道运动有多种类型，机械运动是物体最基本的一种运动形式.2.知道参考系的概念，知道如何选择参考系.3.学会应用坐标系描述物体的空间位置．科学思维：知道时间和时刻的含义以及它们的区别，学会用时间数轴来描述物体运动过程中的时间和时刻．一、机械运动1．机械运动：一个物体相对其他物体的位置随时间的变化，简称运动，是物质运动的一种基本形式．2．参考系(1)定义：用来描述物体运动的参照物．(2)选取原则：参考系的选取是任意的，一般以地面为参考系．二、空间位置的描述1．位置的确定：研究物体的运动，首先应该描述物体的空间位置．在物理学中，通常需要借助数学方法，建立坐标系来描述物体的位置．2．坐标系的选取：如果物体做直线运动，物体的空间位置可以用一维坐标系描述；如果物体在平面内做曲线运动，其位置可以采用二维坐标系来描述．三、时间的描述1．时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔，通常用t表示．2．在表示时间的轴上，时刻用点来表示，时间用线段来表示．3．在国际单位制中，表示时间和时刻的单位是秒，它的符号是s.1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)车轮的转动不是机械运动．(×)(2)任何物体都可以被选作参考系．(√)(3)只有静止的物体才能被选作参考系．(×)(4)在任何参考系下，同一物体的运动都相同．(×)(5)时间是较长的一段时间，时刻是较短的一段时间．(×)(6)第5s内和前5s内指的是不相等的两段时间间隔．(√)2．明代诗人曾写下这样一首诗：“空手把锄头，步行骑水牛；人在桥上走，桥流水不流．”其中“桥流水不流”中的“桥流”应理解成其选择的参考系是()A．水B．桥C．人D．河岸A[“水不流”是以水为参考系，而桥相对于水是运动的，故A正确．]3．某学校操场上国旗平台离地面的高度是0.5m，将坐标系的原点定在平台上，取旗杆所在直线向上方向为坐标轴的正方向，旗杆上固定国旗的A、B两点离地面的距离分别为10.9m和9.4m，那么A、B两点的坐标分别是()A．10.9m9.4mB．11.4m9.9mC．10.4m8.9mD．10.9m－9.4mC[根据题意，A、B两点离平台(坐标原点)的距离分别为10.9m－0.5m＝10.4m和9.4m－0.5m＝8.9m，且A、B两点都在平台上方，故A、B两点的坐标分别为10.4m和8.9m．选项C正确．]4．下列说法中指时间间隔的是()A．学校每天21：40准时熄灯B．早晨由临海开往杭州的第一班车，在06：20发车C．高考理科综合的考试时间为150分钟D．中央电视台的《朝闻天下》节目在6点开播C[选项A、B、D中的21：40、06：20和6点均指时刻，选项C中的150分钟指时间间隔，故选项C正确．]机械运动参考系1.选取参考系的必要性只有选取了参考系，物体的运动才具有实际意义，也就是说，只有选择了参考系，物体的运动才具有唯一性，物体的运动规律才能唯一确定．2．参考系选取的三原则(1)任意：参考系的选取是任意的，任何物体都可以被选作参考系．(2)方便：参考系的选取应该遵循方便性原则和简单性原则，也就是说，无论将哪一个物体选作参考系，应该使问题的研究更方便、更简单，杜绝使问题复杂化的情况．(3)实用：一般选取地面为参考系．【例1】如图所示是某型号战斗机在空中加油的情形，以下列的哪个物体为参考系，可以认为加油机是运动的()A．战斗机B．地面上的房屋C．加油机中的飞行员D．战斗机里的飞行员思路点拨：相对于参考系位置变化的物体是运动的，位置不变的物体是静止的；本题研究的是加油机的运动情况，关键看它相对所选参考系的位置是否变化．B[加油机相对于战斗机位置不变，以战斗机为参考系，加油机是静止的，A错误；加油机相对于地面上的房屋位置不断变化，以地面上的房屋为参考系，加油机是运动的，B正确；加油机相对于加油机中的飞行员位置不变，以加油机中的飞行员为参考系，加油机是静止的，C错误；加油机相对于战斗机里的飞行员位置不变，以战斗机里的飞行员为参考系，加油机是静止的，D错误．]物体运动情况的判断方法(1)确定研究对象．(2)根据题意确定合适的参考系．(3)分析被研究物体相对于所选参考系的位置变化情况．1．(多选)甲、乙、丙三架观光电梯，甲中乘客看一高楼在向下运动，乙中乘客看甲在向下运动，丙中乘客看甲、乙都在向上运动，这三架电梯相对地面的运动情况可能是()A．甲向上、乙向下、丙不动B．甲向上、乙向上、丙不动C．甲向上、乙向上、丙向下D．甲向上、乙向上、丙也向上，但比甲、乙都慢BCD[先自己画出情景示意图，借助图景分析理解．电梯中的乘客看其他物体时，是以自己所乘的电梯为参考系，甲中乘客看高楼向下运动，说明甲相对于地面一定在向上运动，同理，乙看到甲在向下运动，说明乙相对地面也是向上运动，且运动得比甲更快．丙电梯无论是静止，还是在向下运动，或者以比甲、乙都慢的速度在向上运动，则丙中乘客看见甲、乙两电梯都会感到是在向上运动．]空间位置的描述1.建立坐标系的两条原则(1)坐标原点应建立在参考系上．(2)对坐标方向的选取要使对物体运动规律的描述尽量简便．2．坐标系的种类(1)一维坐标系：如果物体沿直线运动，以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和标度，建立一维坐标系，如图甲所示．(2)二维坐标系：当物体在某一平面内做曲线运动时，需要用两个相互垂直的坐标确定它的位置，即二维坐标系(平面坐标)，如图乙所示．(3)三维坐标系：当物体在空间内运动时，如踢出的足球在空中运动，需要采用三个坐标确定它的位置，即三维坐标系(空间坐标)，如图丙所示．甲．一维坐标系乙．二维坐标系丙．三维坐标系【例2】如图所示是为了定量研究物体的位置变化作出的坐标轴(x轴)．在画该坐标轴时规定原点在某长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，规定向北为正方向．坐标轴上有两点A和B，A点的位置坐标为xA＝5m，B点的位置坐标为xB＝－3m，下列说法中正确的是()①A点位于广场中心南边5m处；②A点位于广场中心北边5m处；③B点位于广场中心南边3m处；④B点位于广场中心北边3m处．A．①③B．②④C．①④D．②③思路点拨：①在直线坐标系上，要明确坐标原点、正方向和单位长度．②根据位置坐标确定所在位置到坐标原点的距离．D[坐标值的正、负只表示方向，正号表示方向与所规定的正方向相同，负号表示方向与所规定的正方向相反．本题中规定原点在某长直公路上某广场的中心，向北为正方向，A点的坐标为正值，表示A点位于广场中心北边5m处，②正确，B点的坐标为负值，表示B点位于广场中心南边3m处，③正确，故正确选项为D.]描述物体空间位置的方法(1)选定参考系，以参考系为坐标原点，建立坐标系，应明确坐标轴的正方向及其标度大小．(2)根据物体相对参考系的距离及方位，在坐标系中找出与物体位置相对应的坐标点．2．一个小球从距地面4m高处落下，被地面弹回，在距地面1m高处被接住．坐标原点定在抛出点正下方2m处，向下方向为坐标轴的正方向．则小球的抛出点、落地点、接住点的位置坐标分别是()A．2m，－2m，－1mB．－2m,2m,1mC．4m,0,1mD．－4m,0，－1mB[根据题意建立如图所示的坐标系，A点为抛出点，坐标为－2m，B点为坐标原点，D点为地面，坐标为2m，C点为接住点，坐标为1m，所以选项B正确．]3．如图所示，某人从学校门口A处开始散步，先向南走了50m到达B处，再向东走100m到达C处，最后又向北走了150m到达D处，则A、B、C、D各点位置如何表示？[解析]本题考查坐标系的建立方法．可以以A点为坐标原点，向东为x轴的正方向，向北为y轴的正方向建立坐标系，如图所示，则各点坐标为A(0,0)，B(0，－50m)，C(100m，－50m)，D(100m,100m)．[答案]见解析时间的描述1.时刻与时间的区别和联系时刻时间(间隔)区别时刻对应于物体所处的位置或状态时间(间隔)对应于物体所经历的某段过程时刻只有先与后，而没有长短之分时间(间隔)没有先与后的区别，只有长短之分在时间轴上，时刻用一个点表示在时间轴上，时间用线段表示联(1)两个时刻的间隔即(2)时间能够展示物体运动的一个过程，好比是一段录像；系为时间时刻可以显示物体运动的一个瞬间，好比是一张照片．由一张张连续的照片可以组成录像，一系列连续时刻的积累便构成了时间2.用时间轴表示时间和时刻(1)第1s内、第2s内、第3s内、…、第ns内指的都是时间，都为1s.(2)最初2s内、最后3s内、…、最初ns内都是指时间，在数值上对应所述值．(3)第1s末(第2s初)、第2s末(第3s初)、…、第ns末，都是指时刻．如图所示，第3s末和第8s初都是时刻，第5s末和第6s初是同一时刻(在时间轴上是同一点)．第2s初到第3s末的时间间隔为2s.【例3】如图所示是表示时间的坐标轴．请思考并讨论：(1)图中A点和B点的意义是什么？(2)A、B之间的线段表示什么？(3)“前2s”在图中怎么表示？(4)“第6s”在图中怎么表示？(5)“第2s末”和“第3s初”在图中怎么表示？它们是同一个时刻吗？思路点拨：仔细揣摩第几秒“末”、第几秒“初”、几秒“内”中关键字眼的含义是区分时间与时刻的关键．[解析]时刻是某个瞬间，时刻对应物体所处的某个状态，时间对应某段过程．时间与时刻可以在表示时间的坐标轴上表示出来，其中时间对应一段线段，有一定的长度，时刻对应一个点．[答案](1)A点和B点表示两个时刻，分别指第3s末(第4s初)和第4s末(第5s初)(2)时间，且时间为1s(3)0到2s末之间的线段表示前2s(4)5s末到6s末之间的线段表示第6s(5)“第2s末”和“第3s初”在题图中均为数字2所在的点，是同一时刻怎么区分时间间隔与时刻首先，应明确时刻对应某个事件或运动的状态、位置，而时间间隔对应事件或运动的过程或是位置变化．其次，应掌握一些表示时刻与时间间隔的关键词，如时间数值后跟“初”“末”“时”等应是时刻；如时间数值后跟“内”“中”等一般为时间间隔．4.2019年世界杯预选赛亚洲区12强赛A组第6轮中国国家队与韩国国家队的比赛于3月23日19点35分开始．上半场第34分钟，于大宝头球破门．经过90分钟的角逐，中国队最终以1∶0战胜韩国队．则对以上表述中的“19点35分”“第34分钟”和“90分钟”的说法正确的是()A．时间时刻时刻B．时间时间时刻C．时刻时刻时间D．时间时刻时间C[“19点35分”和“第34分钟”指的是一个时间点，表示时刻．“90分钟”指比赛进行的总时间，表示时间，C正确．]5．关于时间和时刻，下列说法不正确的是()A．物体在5s时指的是物体在5s末时，指的是时刻B．物体在5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间C．物体在第5s内指的是物体在4s末到5s末这1s的时间D．第4s末就是第5s初，指的是时刻B[画时间轴如图所示，5s时指的是5s末这一时刻，5s内指的是0～5s这一段时间，第5s内指的是在4s末到5s末这1s的时间，第4s末和第5s初是同一时刻，故选B.]1．(多选)下列关于运动的说法正确的是()A．物体的位置没有变化就是不运动B．两物体间的距离没有变化，两物体一定都是静止的C．自然界中没有不运动的物体，运动是绝对的，静止是相对的D．为了研究物体的运动，必须先选参考系，平常说的运动或静止是相对于地球而言CD[物体的位置对某一参考系不变，但对另一参考系位置可能变化，物体在运动，故A错误；两物体间距离没有变化，两者可能静止，也可能以相同的速度运动，故B错误；对于不同的参考系，同一物体可能静止，也可能运动，由于参考系的选择是任意的，故C、D正确．]2．关于坐标系，下列说法错误的是()A．建立坐标系是为了定量描述物体的位置和位置变化B．坐标系都是建立在参考系上的C．坐标系的建立与参考系无关D．物体在平面内做曲线运动，需要用平面直角坐标系才能确定其位置C[坐标系是建立在参考系上的，是用来定量描述物体的位置及位置变化的，A、B正确，C错误；做直线运动的物体的描述需要建立一维直线